I metamateriali in silicone stampati in 3D con memoria di forma potrebbero essere più efficaci nell’imbottitura protettiva
I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno utilizzato la scrittura a inchiostro diretto (DIW) su dei metamateriali in silicone stampati in 3D con proprietà comportamentali sintonizzate. I materiali hanno mostrato buone performance grazie al loro comportamento nella memoria delle forme.
I metamateriali stampati in 3d hanno affascinato i ricercatori per anni ed è facile capire perché. Anche i normali materiali stampati 3D possono offrire grandi vantaggi: forme nuove e complesse, fabbricazione veloce e poco costosa, ecc. Ma il fattore di proprietà e le funzioni in grado di sintonizzarsi in modo preciso di questi materiali forniscono enormi potenzialità di sperimentazione.
In un nuovo progetto di ricerca a LLNL, gli scienziati hanno utilizzato la scrittura a inchiostro diretto per creare metamateriali in silicone stampato in 3D con memoria di forma dimostrabile: la capacità di tornare ad una forma precedente dopo la deformazione. I materiali potrebbero essere utilizzati un giorno per creare imbottiture e cuscini protettivi portanti avanzati.
Esplorando la “porosità gerarchica” nei loro siliconi stampati in 3D, i ricercatori LLNL hanno trovato che potrebbero adattare la risposta meccanica e introdurre funzionalità nei materiali. Ciò è stato ottenuto combinando la porosità strutturale stampata 3D con la “porosità intrastranica” ottenuta aggiungendo microsfere cave a gas al getto di stampa.
“Qui, per la prima volta, dimostriamo che la memoria di forma può essere raggiunta negli elastomeri porosi stampati in 3D semplicemente mediante l’aggiunta di microsfere di polimeri con temperature di transizione vetrosa controllate “, spiegano i ricercatori.
Per produrre i metamateriali in silicone stampato in 3D, i ricercatori estrudevano inchiostri viscoelastici, con comportamenti reologici altamente controllati, attraverso un ugello microscalare. Una stampante 3D a 3 assi è stata utilizzata per la ricerca.
Durante lo studio sono state utilizzate due microsfere piene di gas per valutare l’effetto della rigidezza della shell e della temperatura di transizione vetrosa (Tg) sul comportamento di compressione e la compressione impostata in strutture stampate 3D.
La microsfera avrà una temperatura di transizione vetrosa di 44 ° C (Tg44) per ottenere risultati migliori rispetto a Tg113. Con Tg44, i ricercatori hanno trovato “una compressione significativa a breve termine”, a temperature superiori alla transizione vetrosa. I ricercatori hanno anche notato che un “recupero sostanziale è stato osservato a temperature più basse , con un recupero completo a temperature maggiori (circa 110 ° C)”.
I ricercatori hanno attribuito la prestazione della memoria di forma del materiale della microsfera Tg44 alla ri-espansione delle microsfere quando viene riscaldata sopra la temperatura di transizione vetrosa. La ritenzione di forma è stata accovacciata dalla struttura incrociata.
In definitiva, questi metamateriali stampati 3D potrebbero trovare la loro strada in varie applicazioni pratiche. Gli scienziati del LLNL hanno identificato imbottiture e cuscini protettivi come potenziali elementi che potrebbero essere migliorati con i siliconi 3D stampati, anche se altri usi potrebbero essere trovati.
La ricerca è stata pubblicata nella rivista Scientific Reports sotto il titolo “Siliconi Stampati 3D con Memory Shape”. I suoi autori sono Amanda S. Wu, Ward Small IV, Taylor M. Bryson, Emily Cheng, Thomas R. Metz, Stephanie E. Schulze , Eric B. Duoss e Thomas S. Wilson.
